DE102012024060A1 - Producing a preform made of a semi-finished fiber product, comprises clamping fiber semi-finished product into clamping means in region of molding body of molding device, and molding semi-finished fiber product into preform - Google Patents

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Abstract

Producing a preform made of a semi-finished fiber product (1), comprises (i) clamping a fiber semi-finished product into a clamping means in a region of a molding body of a molding device, and molding the semi-finished fiber product into a preform using the molding device. The semi-finished fiber is stretched by many clamping elements (13), which are provided in an inner region of a clamping frame of the clamping device. The inner region encompasses a frame element (9). A clamping force and a clamping direction is selected separately as required for individual clamping elements. Producing a preform made of a semi-finished fiber product, comprises (i) clamping a fiber semi-finished product into a clamping means in a region of a molding body of a molding device, and molding the semi-finished fiber product into a preform using the molding device. The semi-finished fiber is stretched by many clamping elements, which are provided in an inner region of a clamping frame of the clamping device. The inner region encompasses a frame element. A clamping force and a clamping direction is selected separately as required for individual clamping elements and/or groups of clamping elements. An independent claim is also included for a device for producing the preform made of the semi-finished fiber product by the above mentioned method, comprising the clamping device for clamping fiber semi-finished product and molding device with the molding body for molding the fiber semi-finished product, where (a) the clamping device comprises at least one clamping frame comprising the frame element and many clamping elements arranged in the inner region, which encompasses by the frame element, (b) the clamping elements are operatively connected for transferring clamping forces to the frame element, and (c) the individual clamping elements and/or groups of clamping elements are separately and variably adjusted with respect to the clamping force and the clamping direction.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings aus einem Faserhalbzeug gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 6.The invention relates to a method for producing a preform from a semi-finished fiber product according to the preamble of claim 1 and to a device according to the preamble of claim 6.

Verfahren und Vorrichtungen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie werden bevorzugt eingesetzt, um Faserhalbzeuge im Rahmen der Herstellung von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen insbesondere im Bereich der Automobilindustrie herzustellen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 040 970 A1 geht ein Verfahren hervor, bei welchem ein Faserhalbzeug in eine Spannvorrichtung in einem Bereich eines Formgebungskörpers einer Umformvorrichtung eingespannt wird. Das Faserhalbzeug wird mithilfe der Umformvorrichtung auf dem Formgebungskörper drapiert und zu einem Vorformling umgeformt. Dabei wird es von einer Mehrzahl von Klemmelementen gespannt, die in einem von einem Rahmenelement umgriffenen Innenbereich eines Spannrahmens der Spannvorrichtung vorgesehen sind. Nach dem Drapieren beziehungsweise Umformen wird der so gebildete Vorformling typischerweise einer Harzinjektion oder Harzinfiltration unterworfen, um das fertige, faserverstärkte Bauteil auszubilden.Methods and devices of the type discussed here are known. They are preferably used to produce semi-finished fiber products in the context of the production of components made of fiber-reinforced plastics, especially in the automotive industry. From the German patent application DE 10 2010 040 970 A1 shows a method in which a semifinished fiber product is clamped in a clamping device in a region of a shaping body of a forming device. The semifinished fiber product is draped on the forming body by means of the shaping device and shaped into a preform. It is stretched by a plurality of clamping elements which are provided in an encompassed by a frame member inner region of a clamping frame of the clamping device. After draping, the preform thus formed is typically subjected to resin injection or resin infiltration to form the finished fiber reinforced component.

Es zeigt sich, dass in dem Faserhalbzeug beim Umformen beziehungsweise Drapieren Zugspannungen auftreten, die eine Scherung desselben bewirken. Wird das Faserhalbzeug über einen kritischen Scherwinkel hinaus geschert, treten Druckspannungen auf, die zu einem Faltenwurf führen. Bei dem bekannten Verfahren beziehungsweise der bekannten Vorrichtung zu dessen Durchführung sind die Klemmelemente parallel zueinander orientiert und insoweit jedenfalls bezüglich einer Spannrichtung nicht variabel. Es ist daher nicht möglich, jeden möglichen Faltenwurf aufgrund in verschiedenen Richtungen auftretender Druckspannungen durch entsprechend aufgebrachte, entgegenwirkende Zugspannungen zu verhindern.It turns out that tensile stresses occur in the semifinished fiber product during forming or draping, causing it to shear. If the semifinished fiber product is sheared beyond a critical shear angle, compressive stresses occur which lead to a drape of folds. In the known method or the known device for its implementation, the clamping elements are oriented parallel to each other and in this respect in any case not variable with respect to a clamping direction. It is therefore not possible to prevent any wrinkling due to compressive stresses occurring in different directions by appropriately applied, counteracting tensile stresses.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, wobei es möglich ist, einen Faltenwurf in beliebigen Richtungen effektiv beim Umformen des Faserhalbzeugs zu verhindern.The invention is therefore based on the object to provide a method and an apparatus, wherein it is possible to effectively prevent wrinkles in any direction during the forming of the semifinished fiber.

Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird.The object is achieved by providing a method with the steps of claim 1.

Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Spannkraft und eine Spannrichtung für einzelne Klemmelemente separat bedarfsgerecht gewählt wird. Alternativ oder zusätzlich wird eine Spannkraft und eine Spannrichtung für Gruppen von Klemmelementen separat bedarfsgerecht gewählt. Es werden also sowohl die Spannkraft als auch die Spannrichtung für einzelne Klemmelemente und/oder für Gruppen der Klemmelemente unabhängig von diesen Parametern für andere Klemmelemente und/oder Gruppen von Klemmelementen jeweils bedarfsgerecht gewählt, um somit lokal Druckspannungen durch entgegenwirkende Zugspannungen ausgleichen und einen Faltenwurf vermeiden zu können. Insbesondere, weil einzelne Klemmelemente und/oder Gruppen von Klemmelementen separat und unabhängig voneinander ausgerichtet werden können, ist es möglich, die Richtungen der aufzubringenden Spannkräfte an die auftretenden Druckspannungen lokal bedarfsgerecht anzupassen.The method is characterized in that a clamping force and a clamping direction for individual clamping elements is selected separately as needed. Alternatively or additionally, a clamping force and a clamping direction for groups of clamping elements is selected separately as needed. Thus, both the clamping force and the clamping direction for individual clamping elements and / or groups of clamping elements are selected independently of these parameters for other clamping elements and / or groups of clamping elements as needed, so as to compensate locally compressive stresses by counteracting tensile stresses and avoid wrinkling can. In particular, because individual clamping elements and / or groups of clamping elements can be aligned separately and independently, it is possible to locally adjust the directions of the applied clamping forces to the compressive stresses occurring as needed.

Dabei sind die Klemmelemente vorzugsweise zur Übertragung von Spannkräften mit dem Rahmenelement wirkverbunden, sodass die Spannkräfte in das Rahmenelement eingeleitet oder über das Rahmenelement abgeleitet werden.The clamping elements are preferably operatively connected to the transmission of clamping forces with the frame member, so that the clamping forces are introduced into the frame member or derived via the frame member.

Es ist möglich, dass ein umzuformendes Faserhalbzeug als Gestrick, Gewirk, Gewebe oder in anderer Weise ausgebildet ist. Es kann aus Einzelfasern und/oder aus Faserbündeln, sogenannten Rovings gebildet sein. Besonders bevorzugt umfasst das Faserhalbzeug Glasfasern, Kunststofffasern, Kohlefasern, Stahlfasern und/oder andere geeignete Fasern oder Faserbündel.It is possible that a semi-finished fiber to be formed as a knitted fabric, knitted fabric or otherwise formed. It can be formed from individual fibers and / or from fiber bundles, so-called rovings. Particularly preferably, the semifinished fiber product comprises glass fibers, plastic fibers, carbon fibers, steel fibers and / or other suitable fibers or fiber bundles.

Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Spannkraft und/oder die Spannrichtung während des Umformens bedarfsgerecht variiert wird. Insbesondere wird/werden die Spannkraft und/oder die Spannrichtung prozessgeführt variiert, wobei sie bevorzugt gesteuert und/oder geregelt wird/werden. Dies spricht insbesondere an, dass die Spannkraft und/oder die Spannrichtung für einzelne Klemmelemente und/oder Gruppen von Klemmelementen bedarfsgerecht variiert wird/werden. Erfolgt dies prozessgeführt, ist es möglich, ein Auftreten von Druckspannungen oder eine Faltenbildung während des Umformens des Faserhalbzeugs zu beobachten und durch entsprechend ausgerichtete und betragsmäßig vorgegebene, entgegenwirkende Zugspannungen abzumildern oder aufzuheben. Insbesondere sind dabei bevorzugt sowohl die Spannkraft als auch die Spannrichtung für die einzelnen Klemmelemente oder Gruppen von Klemmelementen zeitlich variabel und an einen aktuellen Zustand des Faserhalbzeugs während der Umformung anpassbar.A method is preferred, which is characterized in that the clamping force and / or the clamping direction is varied as needed during the forming process. In particular, the clamping force and / or the clamping direction is / are varied in a process-guided manner, wherein it is / are preferably controlled and / or regulated. This is particularly responsive to the fact that the clamping force and / or the clamping direction for individual clamping elements and / or groups of clamping elements is varied as needed / are. If this is carried out in a process-oriented manner, it is possible to observe an occurrence of compressive stresses or wrinkling during the forming of the semifinished fiber product and to mitigate or cancel it out by correspondingly aligned and preset absolute, counteracting tensile stresses. In particular, both the clamping force and the clamping direction for the individual clamping elements or groups of clamping elements are preferably temporally variable and adaptable to a current state of the semifinished fiber product during the forming process.

Besonders bevorzugt werden die Spannkraft und die Spannrichtung für jedes einzelne Klemmelement separat bedarfsgerecht gewählt. Dies schließt nicht aus, dass gegebenenfalls für mindestens zwei Klemmelemente dieselbe Spannkraft und/oder dieselbe Spannrichtung gewählt wird/werden, wenn dies bedarfsgerecht erforderlich ist. Es ist auch möglich, die Klemmelemente in Gruppen zu unterteilen, wobei für Klemmelemente, die derselben Gruppe angehören, dieselbe Spannkraft und dieselbe Spannrichtung gewählt werden. Für jede einzelne Gruppe werden dabei allerdings bevorzugt die Spannrichtung und die Spannkraft separat von den anderen Gruppen bedarfsgerecht gewählt, was nicht ausschließt, dass für mindestens zwei Gruppen dieselbe Spannkraft und dieselbe Spannrichtung gewählt werden, wenn dies bedarfsgerecht erforderlich ist. Es ist auch möglich, dass die Spannkraft und die Spannrichtung für einzelne Klemmelemente separat gewählt werden, wobei zugleich für andere Klemmelemente mindestens eine Gruppe definiert wird, für welche wiederum die Spannkraft und die Spannrichtung separat gewählt werden.Particularly preferably, the clamping force and the clamping direction are selected separately for each clamping element as needed. This does not exclude that optionally for at least two clamping elements the same clamping force and / or the same clamping direction is / are selected, if required. It is also possible, to divide the clamping elements into groups, wherein for clamping elements belonging to the same group, the same clamping force and the same clamping direction can be selected. For each individual group, however, preferably the clamping direction and the clamping force are selected as needed separately from the other groups, which does not rule out that for at least two groups the same clamping force and the same clamping direction are selected, if required. It is also possible that the clamping force and the clamping direction are selected separately for individual clamping elements, wherein at the same time for other clamping elements at least one group is defined, for which in turn the clamping force and the clamping direction are selected separately.

Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Spannkraft und/oder die Spannrichtung mittels Schwerkraft, durch Federelemente, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch aufgebracht beziehungsweise vorgegeben wird. Wird die Spannkraft und/oder die Spannrichtung mittels Schwerkraft aufgebracht, sind die Klemmelemente vorzugsweise mit Seilzügen verbunden, die ihrerseits mit vorzugsweise variablen Massen verbunden sind, durch welche Spannkräfte mittels der auf die Massen wirkenden Schwerkräfte aufbaubar sind. Die Spannrichtung ist in diesem Fall vorzugsweise über eine Ausrichtung der Seilzüge einstellbar. Vorzugsweise werden die Seilzüge über das Rahmenelement geführt, sodass die Spannkräfte durch dieses umgeleitet werden.A method is also preferred, which is characterized in that the clamping force and / or the clamping direction is applied or predetermined by means of gravity, by spring elements, hydraulically, pneumatically or electrically. If the clamping force and / or the clamping direction applied by gravity, the clamping elements are preferably connected to cables, which in turn are connected to preferably variable masses, by which clamping forces can be built by means of acting on the mass gravitational forces. The tensioning direction is in this case preferably adjustable via an orientation of the cables. Preferably, the cables are guided over the frame member, so that the clamping forces are diverted by this.

Werden die Spannkräfte durch Federelemente aufgebaut, ist vorzugsweise jedes Klemmelement durch ein Federelement mit dem Rahmenelement wirkverbunden, sodass die Spannkräfte von den Federelementen zwischen den Klemmelementen und dem Rahmenelement aufgebaut und somit in das Rahmenelement eingeleitet werden. Verschiedene Spannrichtungen können hier durch eine Ausrichtung der Federelemente eingestellt werden. Die Spannkräfte sind vorzugsweise variabel, indem die Federkonstanten der Federelemente variabel ausgestaltet sind.If the clamping forces are built up by spring elements, each clamping element is preferably operatively connected to the frame element by a spring element, so that the clamping forces are built up by the spring elements between the clamping elements and the frame element and thus introduced into the frame element. Different clamping directions can be adjusted here by an orientation of the spring elements. The clamping forces are preferably variable by the spring constants of the spring elements are designed variable.

Es ist auch möglich, die Spannkräfte mittels pneumatischer Zylinder aufzubringen, wobei es auch hier möglich ist, Seilzüge zur Übertragung der Spannkräfte auf die Klemmelemente vorzusehen. Alternativ werden die Klemmelemente unmittelbar mit Kolben der pneumatischen Zylinder verbunden. in gleicher Weise ist auch eine hydraulische Aufbringung der Spannkräfte möglich.It is also possible to apply the clamping forces by means of pneumatic cylinders, it also being possible here to provide cables for transmitting the clamping forces to the clamping elements. Alternatively, the clamping elements are directly connected to pistons of the pneumatic cylinder. in the same way, a hydraulic application of the clamping forces is possible.

Schließlich ist es auch möglich, die Spannkräfte elektrisch aufzubringen, beispielsweise mit Hilfe von den Klemmelementen zugeordneten Elektromotoren, die wiederum gegebenenfalls über Seilzüge mit diesen verbunden sein können. Alternativ ist es möglich, Linearmotoren vorzusehen, die unmittelbar mit den Klemmelementen verbunden sind.Finally, it is also possible to apply the clamping forces electrically, for example by means of the clamping elements associated electric motors, which in turn may be connected via cables with these. Alternatively, it is possible to provide linear motors which are directly connected to the clamping elements.

Eine Vielzahl anderer Ausgestaltungsmöglichkeiten ist denkbar, auf welche die Spannkräfte und/oder die Spannrichtungen mittels Schwerkraft, durch Federelemente, hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder in anderer Weise aufgebracht beziehungsweise vorgegeben werden können.A variety of other design options is conceivable, to which the clamping forces and / or the clamping directions can be applied or specified by means of gravity, by spring elements, hydraulically, pneumatically, electrically or in another way.

Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass Klemmelemente mit verschiedener Breite und/oder verschiedenem Abstand voneinander verwendet werden. insbesondere werden vorzugsweise im Bereich verschiedener Kanten des Rahmenelements Klemmelemente mit verschiedener Breite und/oder verschiedenem Abstand voneinander verwendet. Bevorzugt ist also bei einer Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass sich eine Breite und/oder ein Abstand der Klemmelemente im Bereich verschiedener Kanten des Rahmenelements unterscheidet. Dies schließt nicht aus, dass verschiedene Kanten des Rahmenelements existieren, für die sich weder die Breite noch der Abstand der Klemmelemente voneinander unterscheidet. Es ist auch möglich, dass die Klemmelemente im Bereich einer einzigen Kante des Rahmenelements verschiedene Breiten und/oder einen verschiedenen Abstand voneinander aufweisen. Diese Ausgestaltungen können bedarfsgerecht auf eine konkrete Umformaufgabe beziehungsweise ein konkretes Faserhalbzeug abgestimmt werden.A method is also preferred, which is characterized in that clamping elements are used with different width and / or different distances from each other. In particular, clamping elements with different widths and / or different distances from one another are preferably used in the region of different edges of the frame element. In one embodiment of the method, it is therefore preferable for a width and / or a spacing of the clamping elements to differ in the region of different edges of the frame element. This does not exclude that different edges of the frame member exist for which neither the width nor the distance of the clamping elements differ from each other. It is also possible that the clamping elements in the region of a single edge of the frame member have different widths and / or a different distance from each other. These embodiments can be tailored to a specific forming task or a specific semifinished fiber product as needed.

Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass ein als Fasermatte ausgebildetes Faserhalbzeug verwendet wird. Die Fasermatte umfasst dabei mindestens zwei Lagen aus Fasermaterial. Dabei werden die einzelnen Lagen der Fasermatte separat in zugeordnete Einzelspannrahmen der Spannvorrichtung eingespannt. Dabei weisen die Einzelspannrahmen jeweils ein Rahmenelement und – wie bereits beschrieben – eine Mehrzahl von Klemmelementen auf. Es ist so möglich, nicht nur die Spannkräfte und Spannrichtungen lokal bedarfsgerecht vorzugeben, sondern es ist auch möglich, dies lagenspezifisch für jede einzelne Lage der Fasermatte zu tun, wodurch besonders genau und auf die konkrete Umformaufgabe abgestimmt Druckspannungen und Faltenbildung vermieden werden können. Insbesondere ist es durch das separate Spannen von Einzellagen in Einzelspannrahmen möglich, das gesamte, die Einzellagen umfassende Faserhalbzeug zugleich reproduzierbar umzuformen, ohne dass es einer zeitlich gestaffelten Schichtung der einzelnen Lagen bedarf.A method is also preferred which is characterized in that a semifinished fiber product designed as a fiber mat is used. The fiber mat comprises at least two layers of fiber material. The individual layers of the fiber mat are clamped separately in associated individual clamping frame of the clamping device. In this case, the individual clamping frames each have a frame element and - as already described - a plurality of clamping elements. It is thus possible to specify not only the clamping forces and clamping directions locally as needed, but it is also possible to do this site-specific for each individual layer of the fiber mat, whereby particularly accurate and matched to the specific forming task compressive stresses and wrinkles can be avoided. In particular, it is possible by the separate clamping of individual layers in Einzelspannrahmen, the entire, the individual layers comprising semi-finished fiber products at the same time reproducibly transform without the need for a time-staggered layering of the individual layers.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 geschaffen wird.The object is also achieved by providing a device having the features of claim 6.

Die Vorrichtung dient der Herstellung eines Vorformlings aus einem Faserhalbzeug und insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Sie umfasst eine Spannvorrichtung zum Einspannen eines Faserhalbzeugs und eine Umformvorrichtung, die einen Formgebungskörper zum Umformen des Faserhalbzeugs aufweist. Dabei ist es möglich, dass die Umformvorrichtung ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug aufweist, wobei das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug als Formgebungskörper ausgebildet sein kann/können, und wobei das Faserhalbzeug zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug beziehungsweise in einer zwischen diesen ausgebildeten, formgebenden Kavität umgeformt wird. Die Spannvorrichtung weist mindestens einen Spannrahmen auf, der ein Rahmenelement sowie eine Mehrzahl in einem von dem Rahmenelement umgriffenen Innenbereich angeordneter Klemmelemente umfasst. Diese sind zur Übertragung von Spannkräften mit dem Rahmenelement wirkverbunden. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass einzelne Klemmelemente und/oder Gruppen von Klemmelementen bezüglich einer Spannkraft und einer Spannrichtung separat variabel einstellbar sind. Hierdurch verwirklichen sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren ausgeführt wurden. The device is used to produce a preform from a semi-finished fiber product and in particular for carrying out a method according to one of the previously described embodiments. It comprises a clamping device for clamping a semi-finished fiber product and a shaping device, which has a shaping body for forming the semi-finished fiber product. It is possible that the forming device comprises an upper tool and a lower tool, wherein the upper tool and / or the lower tool may be formed as a shaping body /, and wherein the semi-finished fiber between the upper tool and the lower tool or in a formed between these, forming cavity is transformed. The clamping device has at least one clamping frame which comprises a frame element and a plurality of clamping elements arranged in an inner region encompassed by the frame element. These are operatively connected to the transmission of clamping forces with the frame element. The device is characterized in that individual clamping elements and / or groups of clamping elements with respect to a clamping force and a clamping direction are separately adjustable. As a result, the advantages that have already been realized in connection with the method are realized.

Insbesondere sind die Klemmelemente und/oder Gruppen von Klemmelementen bezüglich der Spannkraft und der Spannrichtung unabhängig von den übrigen Klemmelementen und/oder Gruppen von Klemmelementen einstellbar. Besonders bevorzugt sind alle Klemmelemente separat variabel einstellbar. Alternativ oder zusätzlich sind die Klemmelemente zu Gruppen zusammenfassbar, wobei die Spannkraft und die Spannrichtung gruppenspezifisch, jedoch unabhängig von den übrigen Gruppen variabel einstellbar sind.In particular, the clamping elements and / or groups of clamping elements with respect to the clamping force and the clamping direction are independent of the other clamping elements and / or groups of clamping elements adjustable. Particularly preferably, all clamping elements are separately adjustable. Alternatively or additionally, the clamping elements are grouped into groups, wherein the clamping force and the clamping direction group-specific, but independently of the other groups are variably adjustable.

Es wird eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass Klemmelemente mit verschiedener Breite und/oder verschiedenem Abstand voneinander vorgesehen sind. Insbesondere sind im Bereich verschiedener Kanten des Rahmenelements Klemmelemente mit verschiedener Breite und/oder verschiedenem Abstand voneinander vorgesehen. In diesem Fall existieren mindestens zwei voneinander verschiedene Kanten des Rahmenelements, welche Klemmelemente mit bevorzugt untereinander gleicher Breite und gleichem Abstand, sich jedoch in Hinblick auf die verschiedenen Kanten unterscheidender Breite und sich unterscheidendem Abstand voneinander vorgesehen sind. Dies schließt nicht aus, dass mindestens zwei Kanten des Rahmenelements existieren, welche Klemmelemente mit identischer Breite und/oder identischem Abstand voneinander aufweisen. Es ist auch möglich, dass an einer einzelnen Kante des Rahmenelements Klemmelemente vorgesehen sind, welche sich bezüglich ihrer Breite und/oder ihres Abstands voneinander unterscheiden.A device is preferred, which is characterized in that clamping elements are provided with different width and / or different distances from each other. In particular, clamping elements with different widths and / or different distances from one another are provided in the region of different edges of the frame element. In this case, there are at least two mutually different edges of the frame member, which clamping elements are preferably provided with each other the same width and the same distance, but with respect to the different edges of differing width and differing distance from each other. This does not exclude that at least two edges of the frame element exist, which clamping elements with identical width and / or identical distance from each other. It is also possible that clamping elements are provided on a single edge of the frame element, which differ from each other in terms of their width and / or their distance.

Es wird auch eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Spannvorrichtung mindestens zwei separate Einzelspannrahmen aufweist, in welcher einzelne Lagen eines als Fasermatte ausgebildeten Faserhalbzeugs separat einspannbar sind. Dabei weist jeder Einzelspannrahmen jeweils ein Rahmenelement sowie eine Mehrzahl in einem von dem Rahmenelement umgriffenen Innenbereich angeordneter Klemmelemente auf, die bezüglich einer Spannkraft und einer Spannrichtung separat variabel einstellbar sind. Auf diese Weise ist es möglich, die Spannkräfte und Spannrichtungen nicht nur lokal und insbesondere auch zeitlich variabel und vorzugsweise prozessgeführt bedarfsgerecht einzustellen, sondern es ist zusätzlich möglich, diese Einstellung lagenspezifisch vorzunehmen, wobei sich die einzelnen Lagen des Faserhalbzeugs beim Umformen in ihrem Verhalten unterscheiden können. Auf diese Weise ist es möglich, Druckspannungen und einer Faltenbildung besonders flexibel und damit auch besonders effizient entgegenzuwirken.A device is also preferred, which is characterized in that the clamping device has at least two separate individual clamping frames in which individual layers of a semifinished fiber product designed as a fiber mat can be clamped separately. Each individual clamping frame in each case has a frame element and a plurality of clamping elements arranged in an inner region encompassed by the frame element, which clamping elements can be variably adjusted separately with respect to a clamping force and a clamping direction. In this way, it is possible to adjust the clamping forces and clamping directions not only locally and in particular temporally variable and preferably process-oriented as needed, but it is also possible to make this setting site specific, with the individual layers of the semifinished fiber can differ in their behavior during forming , In this way, it is possible to counteract compressive stresses and wrinkling particularly flexible and thus also very efficient.

Es wird auch eine Vorrichtung bevorzugt, die sich durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung auszeichnet, durch welche die einzelnen Klemmelemente und/oder Gruppen von Klemmelementen separat ansprechbar sind. Hierdurch sind bevorzugt zeitlich variable, lokal bedarfsgerecht abgestimmte Spannkräfte und Spannrichtungen insbesondere prozessgeführt einstellbar. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Einzelspannrahmen mithilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung separat anzusprechen. Bevorzugt ist es hierdurch möglich, alternativ oder zusätzlich zeitlich variable, lagenspezifische Spannkräfte und Spannrichtungen insbesondere prozessgeführt einzustellen. Bevorzugt sind die Spannkräfte und Spannrichtungen zeitlich variabel, lagenspezifisch und lokal bedarfsgerecht abgestimmt einstellbar.A device is also preferred, which is characterized by a control and / or regulating device, by means of which the individual clamping elements and / or groups of clamping elements can be addressed separately. As a result, temporally variable clamping forces and clamping directions, which are tailored to local requirements, are preferably adjustable, in particular by the process. Alternatively or additionally, it is possible to address the individual clamping frames separately by means of the control and / or regulating device. Preferably, this makes it possible to set alternative or additional temporally variable, layer-specific clamping forces and clamping directions in particular process-controlled. Preferably, the clamping forces and clamping directions are variable in time, location-specific and locally adjusted as required adjustable.

Schließlich wird eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Einzelspannrahmen relativ zueinander um eine Achse schwenkbar gelagert sind, die senkrecht auf einer durch einen Rahmenelement definierten Ebene steht. Vorzugsweise ist die Achse als vertikale Mittelachse der Vorrichtung und insbesondere der Umformvorrichtung ausgebildet. Bevorzugt sind die Einzelspannrahmen bezüglich der Rahmenelemente parallel zueinander orientiert, sodass die Achse senkrecht auf jeder durch die verschiedenen Rahmenelemente definierten Ebene steht. Dadurch, dass die Einzelspannrahmen relativ zueinander um die Achse schwenkbar gelagert sind, ist es möglich, verschiedene Winkelorientierungen zwischen den einzelnen Lagen der Fasermatte und insbesondere zwischen den Längsrichtungen der Fasern oder Faserbündel vorzusehen. Dabei ist es möglich, dass die Einzelspannrahmen in vorherbestimmten, diskreten Winkelausrichtungen relativ zueinander arretierbar sind. Alternativ ist es möglich, dass sie als Spannrahmen kontinuierlich relativ zueinander verschwenkt und festgelegt werden können.Finally, a device is preferred, which is characterized in that the individual clamping frames are mounted pivotably relative to each other about an axis which is perpendicular to a plane defined by a frame element. Preferably, the axis is formed as a vertical center axis of the device and in particular the forming device. The individual clamping frames are preferably oriented parallel to one another with respect to the frame elements, so that the axis is perpendicular to each plane defined by the various frame elements. Because the individual clamping frames are mounted pivotably relative to one another about the axis, it is possible to provide different angular orientations between the individual layers of the fiber mat and in particular between the longitudinal directions of the fibers or fiber bundles. It is possible that the individual clamping frames can be locked in predetermined, discrete angular orientations relative to each other. Alternatively, it is possible that they can be continuously pivoted and fixed as a clamping frame relative to each other.

Es wird auch eine Vorrichtung bevorzugt, bei welcher die Einzelspannrahmen alternativ oder zusätzlich entlang der Achse relativ zueinander verlagerbar sind. Vorzugsweise ist die Achse eine vertikale Mittelachse, sodass in diesem Fall die Einzelspannrahmen relativ zueinander höhenverstellbar sind. Hierdurch ist es möglich, Einzugswinkel der einzelnen Lagen der Fasermatte in die Umformvorrichtung zu variieren, insbesondere wenn die einzelnen Lagen zumindest bereichsweise, bevorzugt in einem zentralen Bereich, miteinander verbunden, insbesondere vernäht oder verklebt sind.A device is also preferred in which the individual clamping frames can be displaced relative to one another alternatively or additionally along the axis. Preferably, the axis is a vertical center axis, so that in this case the individual clamping frames are height-adjustable relative to each other. This makes it possible to vary the entry angle of the individual layers of the fiber mat in the forming device, in particular if the individual layers at least partially, preferably in a central region, connected to each other, in particular sewn or glued.

Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die einzelnen Klemmelemente vertikal relativ zueinander zu verlagern. Auch auf diese Weise ist es möglich, lagenspezifische Einzugswinkel zu realisieren und/oder lokal bedarfsgerecht verschiedene Einzugswinkel einzustellen.Alternatively or additionally, it is possible to shift the individual clamping elements vertically relative to one another. Also in this way it is possible to realize location-specific retraction angle and / or locally adjust different retraction angle as needed.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Showing:

1 eine schematische Darstellung eines über einen kritischen Scherwinkel hinaus gescherten Faserhalbzeugs, und 1 a schematic representation of a sheared beyond a critical shear angle addition semifinished fiber, and

2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Spannvorrichtung. 2 a schematic representation of an embodiment of a clamping device.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Faserhalbzeugs 1, das im Rahmen einer Umformung, also insbesondere im Rahmen eines Drapierens auf einem Formgebungskörper einer Umformvorrichtung durch Pfeile P dargestellten Zugkräften ausgesetzt wird, durch welche das Faserhalbzeug 1 – in 1 in vertikaler Richtung – geschert wird. Hierdurch entstehen Druckspannungen, die in der Bildebene von 1 senkrecht auf der Richtung der Pfeile P stehen. Überschreitet die Scherung des Faserhalbzeugs 1 einen kritischen Scherwinkel, führen die Druckspannungen in der Ebene von 1 beziehungsweise in der Fläche des Faserhalbzeugs 1 zu einem Faltenwurf, der her schematisch durch eine Falte 3 angedeutet ist. Um einen Faltenwurf zu vermeiden ist bevorzugt vorgesehen, die Druckspannungen durch entgegenwirkende Zugkräfte, welche hier durch Pfeile P dargestellt sind, abzubauen. 1 shows a schematic representation of a semifinished fiber product 1 , which is exposed as part of a deformation, ie in particular as part of a Drapierens on a forming body of a forming device shown by arrows P tensile forces through which the semi-finished fiber 1 - in 1 in the vertical direction - sheared. This creates compressive stresses in the image plane of 1 stand perpendicular to the direction of the arrows P. Exceeds the shear of the semifinished fiber product 1 a critical shear angle, cause the compressive stresses in the plane of 1 or in the surface of the semifinished fiber product 1 to a fold, forth schematically by a fold 3 is indicated. In order to avoid wrinkling it is preferably provided to reduce the compressive stresses by counteracting tensile forces, which are represented here by arrows P.

Dies wird vorzugsweise im Rahmen des Verfahrens beziehungsweise mithilfe der Vorrichtung durch eine Spannvorrichtung 5 bewirkt, von der ein Ausführungsbeispiel schematisch in 2 dargestellt ist. Die Spannvorrichtung 5 umfasst mindestens einen Spannrahmen 7, vorzugsweise eine Mehrzahl von Einzelspannrahmen, in welche einzelne Lagen eines als Fasermatte ausgebildeten Faserhalbzeugs separat einspannbar sind. Die Einzelspannrahmen sind in diesem Fall vorzugsweise so ausgebildet, wie dies im Folgenden für den Spannrahmen 7 erläutert wird.This is preferably in the context of the method or by means of the device by a clamping device 5 causes of an embodiment schematically in 2 is shown. The tensioning device 5 includes at least one tenter 7 , Preferably a plurality of individual clamping frames, in which individual layers of a fiber mat formed as semi-finished fiber can be clamped separately. The individual clamping frames are preferably formed in this case, as in the following for the clamping frame 7 is explained.

Dieser umfasst ein Rahmenelement 9, welches einen Innenbereich 11 umgreift. In dem Innenbereich 11 ist eine Mehrzahl von Klemmelementen angeordnet, von denen hier der besseren Übersichtlichkeit wegen nur eines mit dem Bezugszeichen 13 gekennzeichnet ist. Die Klemmelemente 13 sind zur Übertragung von Spannkräften mit dem Rahmenelement 9 wirkverbunden, was in 2 nur schematisch angedeutet ist, wobei bei dem Ausführungsbeispiel vorzugsweise Seilzüge vorgesehen sind, von denen hier der besseren Übersichtlichkeit wegen lediglich einer mit dem Bezugszeichen 15 gekennzeichnet ist.This includes a frame element 9 which is an interior area 11 embraces. In the interior 11 is arranged a plurality of clamping elements, of which here for the sake of clarity, only one with the reference numeral 13 is marked. The clamping elements 13 are for transmitting tension forces to the frame member 9 active, what in 2 is indicated only schematically, wherein in the embodiment preferably cables are provided, of which here for the sake of clarity, only one with the reference numeral 15 is marked.

Es zeigt sich, dass die mithilfe der Klemmelemente 13 aufgebrachten Spannkräfte und auch die durch die Ausrichtung derselben vorgegebenen Spannrichtungen für jedes Klemmelement 13 separat bedarfsgerecht wählbar sind. Insbesondere ist es möglich, die Spannkräfte und/oder Spannrichtungen zeitlich variabel und insbesondere prozessgeführt zu steuern und/oder zu regeln. Auf diese Weise ist es möglich, lokal und bedarfsgerecht Druckspannungen in dem Faserhalbzeug 1 abzubauen und einer Faltenbildung entgegenzuwirken.It turns out that the use of the clamping elements 13 applied clamping forces and also by the orientation of the same predetermined clamping directions for each clamping element 13 can be selected separately as needed. In particular, it is possible to control and / or regulate the clamping forces and / or clamping directions in a time-variable manner and in particular in a process-controlled manner. In this way it is possible to locally and according to requirements compressive stresses in the semifinished fiber product 1 reduce and counteract wrinkling.

Sind mehrere Einzelspannrahmen vorgesehen, die entsprechend dem Spannrahmen 7 ausgebildet sind, und in die verschiedenen Lagen eines als Fasermatte ausgebildeten Faserhalbzeugs 1 eingespannt werden können, ist es bevorzugt zusätzlich möglich, die Spannkräfte und/oder Spannrichtungen auch lagenspezifisch und innerhalb jeder Lage zeitlich variabel sowie lokal bedarfsgerecht abgestimmt zu wählen.Are several individual clamping frames provided, which correspond to the clamping frame 7 are formed, and in the various layers of a fibrous mat formed as semi-finished fiber 1 can be clamped, it is preferably additionally possible to select the clamping forces and / or clamping directions also site-specific and within each layer temporally variable and locally tailored to the needs.

Insgesamt zeigt sich, dass es mithilfe des Verfahrens und der Vorrichtung möglich ist, besonders flexibel und effizient beim Drapieren beziehungsweise Umformen eines Faserhalbzeugs in beliebigen Richtungen auftretende Druckspannungen abzubauen.Overall, it has been found that it is possible with the aid of the method and the device to reduce compressive stresses occurring in any direction particularly flexibly and efficiently during draping or reshaping of a semi-finished fiber product.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010040970 A1 [0002] DE 102010040970 A1 [0002]

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings aus einem Faserhalbzeug (1), mit folgenden Schritten: Einspannen eines Faserhalbzeugs (1) in eine Spannvorrichtung (5) in einem Bereich eines Formgebungskörpers einer Umformvorrichtung, und Umformen des Faserhalbzeugs (1) mithilfe der Umformvorrichtung zu einem Vorformling, wobei das Faserhalbzeug (1) von einer Mehrzahl von Klemmelementen (13) gespannt wird, die in einem von einem Rahmenelement (9) umgriffenen Innenbereich (11) eines Spannrahmens (7) der Spannvorrichtung (5) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannkraft und eine Spannrichtung für einzelne Klemmelemente (13) und/oder Gruppen von Klemmelementen (13) separat bedarfsgerecht gewählt wird.Process for producing a preform from a semi-finished fiber product ( 1 ), comprising the following steps: clamping a semi-finished fiber product ( 1 ) in a tensioning device ( 5 ) in a region of a shaping body of a forming device, and forming the semifinished fiber product ( 1 ) by means of the forming device to a preform, wherein the semi-finished fiber ( 1 ) of a plurality of clamping elements ( 13 ) in one of a frame element ( 9 ) embraced inside area ( 11 ) of a tentering frame ( 7 ) of the tensioning device ( 5 ) are provided, characterized in that a clamping force and a clamping direction for individual clamping elements ( 13 ) and / or groups of clamping elements ( 13 ) is selected separately according to needs. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannkraft und/oder die Spannrichtung während des Umformens bedarfsgerecht und insbesondere prozessgeführt variiert, vorzugsweise gesteuert und/oder geregelt wird.A method according to claim 1, characterized in that the clamping force and / or the clamping direction varies during the conversion as needed and in particular process-controlled, preferably controlled and / or regulated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannkraft und/oder die Spannrichtung mittels Schwerkraft, durch Federelemente, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch aufgebracht beziehungsweise vorgegeben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping force and / or the clamping direction by means of gravity, by spring elements, hydraulically, pneumatically or electrically applied or predetermined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere im Bereich verschiedener Kanten des Rahmenelements (9) Klemmelemente (13) mit verschiedener Breite und/oder verschiedenem Abstand voneinander verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in particular in the region of different edges of the frame element ( 9 ) Clamping elements ( 13 ) are used with different width and / or different distance from each other. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Fasermatte ausgebildetes Faserhalbzeug (1) verwendet wird, wobei die Fasermatte mindestens zwei Lagen aus Fasermaterial umfasst, und wobei die einzelnen Lagen der Fasermatte separat in zugeordnete Einzelspannrahmen der Spannvorrichtung (5) eingespannt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a fiber mat designed as semi-finished fiber product ( 1 ), wherein the fiber mat comprises at least two layers of fiber material, and wherein the individual layers of the fiber mat are separated into associated individual clamping frames of the clamping device ( 5 ) are clamped. Vorrichtung zur Herstellung eines Vorformlings aus einem Faserhalbzeug, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Spannvorrichtung (5) zum Einspannen eines Faserhalbzeugs (1), und mit einer Umformvorrichtung, die einen Formgebungskörper zum Umformen des Faserhalbzeugs (1) aufweist, wobei die Spannvorrichtung (5) mindestens einen Spannrahmen (7) aufweist, der ein Rahmenelement (9) sowie eine Mehrzahl in einem von dem Rahmenelement (9) umgriffenen Innenbereich (11) angeordneter Klemmelemente (13) umfasst, wobei die Klemmelemente (13) zur Übertragung von Spannkräften mit dem Rahmenelement (9) wirkverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Klemmelemente (13) und/oder Gruppen von Klemmelementen (13) bezüglich einer Spannkraft und einer Spannrichtung separat variabel einstellbar sind.Apparatus for producing a preform from a semi-finished fiber product, in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 5, with a tensioning device ( 5 ) for clamping a semi-finished fiber product ( 1 ), and with a shaping device which has a shaping body for forming the semifinished fiber product ( 1 ), wherein the tensioning device ( 5 ) at least one tenter frame ( 7 ) comprising a frame element ( 9 ) and a plurality in one of the frame element ( 9 ) embraced inside area ( 11 ) arranged clamping elements ( 13 ), wherein the clamping elements ( 13 ) for transmitting tension forces to the frame element ( 9 ) are operatively connected, characterized in that individual clamping elements ( 13 ) and / or groups of clamping elements ( 13 ) are variably adjustable separately with respect to a clamping force and a clamping direction. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere im Bereich verschiedener Kanten des Rahmenelements (9) Klemmelemente (13) mit verschiedener Breite und/oder verschiedenem Abstand voneinander vorgesehen sind.Apparatus according to claim 6, characterized in that in particular in the region of different edges of the frame element ( 9 ) Clamping elements ( 13 ) are provided with different width and / or different distance from each other. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (5) mindestens zwei separate Einzelspannrahmen aufweist, in welche einzelne Lagen eines als Fasermatte ausgebildeten Faserhalbzeugs separat einspannbar sind.Device according to one of the preceding claims 6 and 7, characterized in that the tensioning device ( 5 ) has at least two separate Einzelspannrahmen, in which individual layers of a fiber mat formed as semi-finished fiber can be clamped separately. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, durch welche die einzelnen Klemmelemente (13) und/oder Gruppen von Klemmelementen (13) und/oder die Einzelspannrahmen separat ansprechbar sind, um vorzugsweise zeitlich variable, insbesondere lagenspezifische, lokal bedarfsgerecht abgestimmte Spannkräfte und Spannrichtungen insbesondere prozessgeführt einzustellen.Device according to one of the preceding claims 6 to 8, characterized by a control and / or regulating device, by which the individual clamping elements ( 13 ) and / or groups of clamping elements ( 13 ) and / or the individual clamping frames are separately addressable, preferably to set time-variable, in particular position-specific, locally tailored to suit demand clamping forces and clamping directions in particular process-controlled. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelspannrahmen relativ zueinander um eine Achse schwenkbar gelagert sind, die senkrecht auf einer durch ein Rahmenelement (9) definierten Ebene steht und vorzugsweise eine vertikale Mittelachse der Vorrichtung ist, und/oder dass die Einzelspannrahmen entlang der Achse relativ zueinander verlagerbar, insbesondere relativ zueinander höhenverstellbar sind.Device according to one of the preceding claims 8 and 9, characterized in that the individual clamping frames are pivotally mounted relative to each other about an axis which is perpendicular to a through a frame element ( 9 ) is defined and preferably a vertical center axis of the device, and / or that the individual clamping frames are displaceable relative to each other along the axis, in particular relative to each other in height adjustable.
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